具有可重构传感器阵列的光学显微镜的制作方法

本公开涉及光学显微镜。本公开还涉及的光学检测器和成像方法。

背景技术：

1、光学显微镜用于各种应用，如生命科学或材料测试。特别地，共聚焦扫描显微镜是一种成熟的技术。用于共聚焦扫描显微镜中使用的电流传感器技术包括具有多铝基或gaasp光电阴极的光电倍增管，或包括gaasp光电阴极和apd(雪崩光电二极管)检测器的混合检测器。

2、近期进展可以看到使用单光子雪崩二极管(spad)，其提供高灵敏度，快速响应时间和低暗计数。基于sheppardetal.,cf.sheppard,c.j.optik80,53–54(1988)；以及sheppard,c.j.,mehta,s.b.&heintzmann,r.opt.lett.38,2889–2892(2013)作出的工作，spad阵列允许可用于图像扫描技术(airyscan)的点扩散函数(psf)的空间采样。在某些应用中，psf是旋转对称的，但通常可以使用任何光分布。

3、光子计数检测器元件或spad包括具有缺乏任何自由电荷载体的耗尽区域的接合点。在接合点处施加高于击穿电压的电压vop。由spad吸收的光子可以能够在耗尽区域中注射载体，且因此，碰撞电离可能导致蔓延到二极管的其他区域的载体的雪崩，且可以被检测为光子计数。

4、为了检测以下光子，雪崩淬火。当二极管淬火时(即，由于碰撞电离而没有其他的电流，且二极管中没有自由载体)，二极管处的电压将通过电流流过例如淬火电阻器来充电，且二极管准备好检测另一载体。

5、通用光学显微镜包括用于照射样本的光源和由光子计数检测器元件组成的，用于测量来自样本的检测光的传感器阵列。控制设备配置用于控制传感器阵列。光学元件可以布置用于将来自光源的照射光引导到样本，并用于将来自样本的检测光引导到传感器阵列。类似地，通用光学检测器包括由光子计数检测器元件组成的传感器阵列，以及用于控制传感器阵列的控制设备。通用成像方法包括用照射光照射样本的步骤，测量来自具有传感器阵列的样本的检测光，该传感器阵列包括光子计数检测器元件，并用控制设备控制传感器阵列。

6、us2016/0131883a1描述了一种具有多个雪崩光电二极管或pmts的激光扫描显微镜。光纤用于将检测光引入单个光电二极管。psf在空间上解析，因此允许执行上述图像扫描技术。由于数量相当低的光电二极管和用于将光引导到光电二极管的光纤，变焦光学器件通常用于使psf的尺寸适应有限数量的光纤和传感器像素。用于调整psf尺寸所需的变焦光学器件相当复杂，因此，由于所需的光学元件数量大，因此在可能对信号检测效率产生负面影响同时增加成本。

7、us2017/0176250a1描述了一种带有spad元件的传感器阵列，特别是用于距离测量。在这种情况下，传感器阵列的所有spad元件的输出线组合并读出单个输出。因此，每当任何一个spad元件测量撞击光子时，传感器阵列输出检测信号。该设计对某些应用提供了准确的结果，但它的输出线合并读出单个输出不允许在许多显微镜技术中使用此传感器阵列，例如上述psf过采样技术。

8、本发明的目的是提供一种光学显微镜，光学检测器和成像方法，其提供特别高的图像质量，而没有过高的光学复杂性和成本。

技术实现思路

1、通过光学显微镜，光学检测器和方法达到上述目的。

2、优选的实施例在从属权利要求中给出，以及在以下描述中，特别是与附图结合。

3、根据本发明，上述种类的光学显微镜和上述类型的光学检测器的特征在于，控制设备被配置用于将光子计数检测器元件灵活地合并读出到一个或多个超像素中。

4、根据本发明，上述方法具有至少通过将光子计数检测器元件灵活合并读出(bin)到一个或多个超像素的步骤中。尤其是可以使用本发明描述的光学显微镜的实施例来实现该方法。

5、下面描述的优选实施例，特别地，其描述了传感器阵列、控制设备、光学元件或光源，可应用于本发明的光学显微镜和光学检测器。

6、传统上，复杂的变焦光学器件用于调节撞击在传感器阵列上的光束的尺寸，使得光束充分填充传感器阵列。相反，本发明允许使传感器阵列适应撞击光斑的尺寸和特征。在psf过采样模式的情况下，冲击传感器阵列上的光束(或光斑)的尺寸由psf定义。空间地解析psf允许获得高分辨率技术所需的信息。在空间解析psf时需要足够数量的检测点，而不必要超过数据速率的合理约束的大量检测点。将光子计数探测器元件的输出线灵活地合并读出到可变数量的超像素中克服了这些问题。psf越大(撞击在检测器阵列上的光斑)，可以设置的超像素越大。在较小的光斑的情况下，可以将光撞击的检测器元件组合并读出更小的超像素(或一些检测器元件上也不被合并读出任何超像素)，而在较低的光线功率下或者没有光撞击的其他探测器元件，可以被合并读出更大的超像素或被失活。本发明的构思允许精确测量光分布，而变焦光学器件(例如，变焦因子)的要求降低。同时，本发明构思可以在最大计数率和信噪比(snr)中提供优点。

7、特别地，基于cmosspad技术，每个检测器元件可以单独寻址，并且传感器阵列可以重构，以使得能够将每个单独像素(即，从光子计数检测器元件输出)结合(合并读出)到任何超像素中。因此，合并读出原则上独立于检测器元件位置。由此，控制设备可以被配置用于将连续(相邻)和/或非连续的光子计数检测器元件灵活地合并读出到同一超像素中。

8、在优选实施例中，光子计数检测器元件采用事件激活主动充电。相应的事件激活主动充电(电子)组件可被视为控制设备和/或传感器阵列的一部分。事件激活主动充电允许对每个探测器元件进行单独充电，即并非所有探测器元件都同时充电，而是仅对经历雪崩事件的特定探测器元件进行充电。与spad被动和时钟驱动的充电相比，这产生了对光的“非瘫痪”传感器响应，并提供了动态范围扩展。ivanmichelantolovic等人在2018年8月20日出版的《光学快报22234》第26卷第17期“光子计数阵列的动态范围扩展”中给出了进一步的解释。

9、如果可重构的传感器阵列的灵活性不仅仅考虑合并读出，还考虑各个探测器元件的激活，可实现进一步的优点。这里的“激活”或“被激活”理解为指示检测器元件输出进一步处理的测量信号(光子计数率)，而失活的检测器元件不会输出其他使用的测量信号。或者，“失活”可以指示检测元件没有使得其输出进一步处理的路由。在低强度光线撞击某些检测器元件的情况下，激活这些检测器元件可能确实由于暗噪声而劣化总snr。在这种情况下，失活相关的检测器元件可以优选将它们组成一个或多个大型超像素。在检测光线功率低的情况下，可以优选将检测光集中在一个较小的光斑上，并仅激活相应的检测器元件。随着强度的增加，通过增加光斑尺寸并相应地增加激活区域，可以提高精度。换句话说，控制设备可以被配置为控制光学元件以减小传感器阵列上的检测光斑尺寸，并通过降低检测光线功率来减小激活区域。随着检测光线功率的增加，可以激活更多的检测器元件，这增加了最大计数率，并且通过更高的光子通量增加了snr。

10、超像素通常被理解为一个或多个(或两个或更多个)检测器元件的输出的组合。用于采用更短的语言表达，本公开频繁地涉及合并读出超像素，该超像素应覆盖所有检测器元件，以将所有探测器元件合并读出超像素，但也可以包括某些(激活)检测器元件未合并读出的选项。

11、控制设备可以被配置为向每个超级像素分配相应的多位计数器。与从每个探测器元件单独传输测量数据相比，多位计数器降低了数据速率。每个多位计数器输出一个累加数，该累积数指示被合并读出各个超级像素中的所有检测器元件的计数光子。因此，数据速率可以从x[比特/秒]降低到x·n/(2n-1)[比特/秒]，其中x表示超像素检测速率，n表示多位计数器的比特数。

12、控制设备(或控制设备的部件)和传感器阵列可构建在同一电路板和/或同一ic(集成电路)中。特别地，所述控制设备的部件可与同一ic中的传感器阵列一起构建，而控制设备的其他部件形成在ic外部，但与ic在同一电路板上。例如，多位计数器可以形成为片上多位计数器。每个光子计数检测器元件可经由各自的信号线连接到控制设备(即，在到达多位计数器之前连接到多位计数器或预处理单元)。这减少了控制设备外的最大必要数据带宽。

13、控制设备可以可变地设置超像素的数量和/或可以可变地合并读出一个超像素的像素数量设置。不同的同时使用的超像素也可以在其尺寸中变化。

14、以下描述控制设备的示例性电子实现。控制设备可以被配置为灵活地设置多达m个数量的超像素，而控制设备包括具有相同数量m个单位的处理单元。每个检测器元件与每个单元连接。如果检测器元件的数量是n，则每个单元可以具有n个输入线，每个输入线接收一个检测器元件的光子计数率。(更一般地，每个单元可以与至少几个但没必要所有的检测器元件连接。)每个单元包括多个开关(特别是用于每个检测器元件一个开关)，以灵活地控制特定探测器元件输出的光子计数率是通过开关转发还是被阻塞。每个单元包括一个具有开关连接的组合电路。因此，根据开关的状态，可以灵活地控制哪些检测器元件连接到相同的组合电路。每个组合电路输出数据流指示用于通向该组合电路的各个开关闭合的那些检测器元件的所有光子计数率。

15、可以通过存储器，特别是各个1位存储器来控制每个开关，其中存储器的两个可能的状态定义了开关是闭合还是开启。

16、控制设备还可以包括具有多个独立的多位计数器的超像素计数器单元。每个组合电路与至少一个多位计数器连接。因此，多位计数器输出与连接到各个组合电路的所有检测器元件的光子计数率相对应的数字。在另一个变型中，每个组合电路连接到一对多位计数器。如果有m个组合电路，则多位计数器的总数可以是至少2m。一对多位计数器在交替相位中操作，即，当多位计数器中的一个计算从组合电路输入的光子计数率，另一个多位计数器已经读出，反之亦然。以这种方式，减少或避免了由于读出引起的时间延迟。

17、为了提供多达m个超像素，控制设备可以包括数量为m的独立组合电路和至少数量为m(优选2m)的多位计数器。如果n指示检测器元件的数量，则每个组合电路包括多达n个与检测器元件连接的可编程开关。m小于可编程开关的数量，且小于n。可编程开关和关联的1位存储器的总数可以是n·m。在操作中，在读出的多位计数器数量相应地减少的情况下，可能需要少于m的超像素。

18、控制设备可以根据光斑尺寸信息设置传感器阵列的合并读出和/或激活区域，即，单独地激活和失活每个检测器元件。光斑尺寸信息通常可以是指示传感器阵列上的预期光分布或尺寸的任何信息或假设。该信息可以基于先前的测量或参考测量。附加地或替代地，光斑尺寸信息可以(至少部分地)自当前使用的照射波长和/或当前使用的物镜导出。照射波长影响psf尺寸，特别地，其可以增加随着照射波长的增加而增加。详细说明如何依赖psf尺寸(故取决于波长)设置激活区域和合并读出如下所述。psf尺寸也受到物镜的回孔径的影响。回孔径越小，psf尺寸越大。在一些实施例中，传感器阵列的激活区域增加和/或每个超像素的检测元件(平均)数量通过增加的照射波长和/或当物镜改变为具有更小回孔径的物镜而增加，反之亦然，即激活区域和/或每个超像素的平均检测器元件数量随着波长的减小和/或当物镜改变为具有更大的回孔径的物镜而减小。由于波长以及回孔径影响psf尺寸，调节激活区域以及取决于这些因素的超像素可能是有利的。附加地或替代地，可以根据将样本部分成像在传感器阵列上的镜口率设置每个超像素的激活区域和/或检测器元件平均数量。此外，镜口率影响传感器阵列上的检测光斑尺寸。通过调整结合在同一超像素中的探测器元件的平均数量，所发送的数据流保持可管理，特别是恒定的，如下面进一步说明的那样。

19、控制设备可以被配置为向用户提供多个成像模式。用户可以选择一个成像模式，例如通过计算机。成像模式包括以下至少两个：psf过采样模式，线(或阵列)扫描模式，场成像模式和共聚焦检测模式，如下所述。根据所选择的成像模式设置合并读出或可选的激活传感器区域。此外，根据成像模式调整光学元件，如下面进一步描述的。

20、psf过采样模式(图像扫描模式)

21、控制设备可被配置为执行psf过采样模式(也称为图像扫描模式)。照射光聚焦于样本点，并且从样本点发射的检测光(例如，荧光)聚焦于传感器阵列，传感器阵列布置在被照射的样本平面的共轭平面中。可以在瞳平面中设置针孔。检测光在传感器阵列上形成检测光斑。光斑的大小和强度分布代表了psf。光斑直径可理解为1埃利斑直径。在psf过采样模式中，可以设置超像素，使得相邻超像素之间的中心到中心距离最多为0.2埃利斑直径。这确保了足够数量的检测点用于空间解析psf。此外，传感器阵列的激活区域根据psf尺寸进行设置。在一些实施例中，有激活传感器区域面积随着psf尺寸的增大而增大。特别地，可将激活区域设置为等于psf尺寸(即，传感器阵列上的psf或光斑尺寸)的尺寸或直径(在10％或20％余量内)。另外或可选地，超像素的数量可以根据psf尺寸来设置。合并读出到同一超像素中的光子计数检测器元件的数量也可以根据psf尺寸进行设置。随着psf尺寸的增加，合并读出到同一超像素中的检测器元件的数量可以增加，特别是为了避免过高的数据速率。可调整组合检测器元件的数量，以使得由控制设备输出的数据速率(即，包括所获取的超像素的测量数据的数据)不超过预定义的最大速率和/或恒定，即，精确恒定或在预定义范围内(例如10％或20％)恒定。这确保了足够数量的数据点用于采样/空间解析psf，同时避免了过高的数据速率。还可以根据需要的最大计数率来设置要合并读出相同超像素的检测器元件的数目。所需的最大计数率越大，合并读出同一超像素的检测器元件更多。如果不考虑计数率的下限，则最大计数率可视为传感器的动态范围。然而，由于暗计数率可以定义单个探测器元件的光子计数率的下限，因此组合多个探测器元件会导致最小计数率的增加，因此可能不会增加动态范围，同时仍会增加最大计数率。

22、同时使用的超像素的尺寸和形状可以变化。如果psf在其中心具有(或预期会有)最大值，则一个或多个中心超像素可以小于外部超像素。

23、线扫描模式和阵列扫描模式

24、该控制设备还可以被配置以执行线扫描模式(或更一般的：阵列扫描模式)。在线扫描模式中，由细长照射光斑照射样本，例如，通过使用圆柱形透镜聚焦照射光到样本上。该照射导致在传感器阵列上的细长的检测光斑。控制设备将光子计数探测器元件合并读出在一起，使得形成在沿横向于或垂直于所述细长的检测光斑的细长超像素。例如，如果细长的检测光斑形成传感器阵列上的列，然后一行或多行的检测器元件合并读出到相同的超像素(其中行和列是相互垂直)。未被细长的检测光斑照射的检测器元件可以被激活。因此，用于行扫描模式中的合并读出模式相较于psf过采样模式中使用的合并读出模式具有显著变化。

25、在线扫描模式中，在样本上扫描细长的照射光束，其中扫描方向横向或垂直于细长照射光斑的纵向。在该扫描期间使用传感器阵列连续记录多次测量，并且从这些测量计算样本图像。

26、原则上，还可以使用除了细长的照射光斑的其他照射形状，同时在线扫描模式中关于减少扫描时间和图像采集时间上提供类似的优点。这种阵列扫描模式使用除点或线之外的照射光模式。例如，可以使用网格或多条线作为照射光模式在样本上扫描。

27、在阵列扫描模式下，在样本上同时扫描多个照射光斑。多个照射光斑可具有圆形、纵向或任何其他通用形状。

28、场成像模式

29、例如，可以使用场成像模式来记录与使用其他描述的成像模式记录的样本图像相比具有降低的分辨率或snr的概览图像。在场成像模式下，采用传感器阵列记录样本的宽场图像。因此，可将光学元件移除或插入照射和/或检测光束路径中，以确保不仅仅照射一个样本点，并确保样本平面(而非瞳平面)成像到传感器阵列上。激活区域可以跨越整个传感器阵列，或者可以根据镜口率或变焦设置进行设置。合并读出可用于降低输出数据速率。在不同的场成像模式中，可连续记录不同样本部分的多个宽场图像，然后将其缝合在一起以形成概览图像。

30、共聚焦检测模式

31、控制设备还可以被配置为执行共聚焦检测模式，而没有psf过采样。在共聚焦检测模式中，照射光聚焦到样本点上，并且从该样本点发射的检测光被引导到传感器阵列。相同的目的用于将照射光聚焦到样本上并从样本接收检测光。针孔可以布置在瞳平面中。可能需要尽可能精确地测量撞击检测器阵列上的所有检测光，无需空间分辨率。在这种情况下，所有激活的光子计数检测器元件可以合并读出一个超像素。在此操作模式下没有psf过采样，一个超像素就足够了。尽管如此，在传统的检测器上使用多个光子计数检测器元件(spad)并随后将它们合并读出到一个超像素中具有显着的优点：spad在测量低强度光线时无与伦比。在较高的光线强度下，单个spad可能饱和；在其空置时间(当光子检测后的电压尚未恢复超过二极管的击穿电压)，单个spad不能检测另一个光子。然而，通过使用具有多个spad的传感器阵列，可以增加最大计数率。因此，spad阵列可以在动态范围或最大计数率中提高准确率而没有主要缺点。

32、调整光学元件

33、控制设备还可以被配置为根据所选择的成像模式调节光学元件，例如透镜和反射镜。在共聚焦检测模式中，可以调节光学元件，例如，移动或变形，以使传感器阵列上的强度分布均匀化。特别地，光学元件可以进入检测光的光束路径，用于瞳成像在传感器阵列上。此外，可以调节或移动光学元件以调节传感器阵列上的检测光斑的尺寸。因此，光学系统被配置为在样本平面成像和瞳成像之间切换到同一传感器阵列上。瞳图像可以具有比样本图像更均匀的强度分布(例如，在仅仅样本点被照射的情况下)。因此，可能优选瞳成像到传感器阵列上。与传统设置相比，由于使用了spad阵列，在单个检测器元件上没有过度的强度峰值的均匀强度分布具有更大的相关性。如果撞击光功率相当高，则瞳图像应均匀地填充传感器区域以优化snr。如果撞击检测光的光线功率相当低，则可以优选将光线集中在较少数量的检测元件上，从而增加照射检测元件上的强度。否则，弱信号强度将被检测器元件的暗噪声掩盖。因此，至少在检测光的一定功率范围内，控制涉笔可以调节传感器阵列上的检测光斑尺寸，使得光斑尺寸随着光束功率的增加而增加。传感器阵列的激活区域随着该光斑尺寸调整相对应地调整。

34、在共聚焦成像模式和/或psf过采样成像模式中，还可以进行检测光斑尺寸的调整以避免检测器元件的饱和或snr的增加。如果检测器元件上的强度超过预定阈值(例如，上述输出光子计数率与撞击强度线性成比例)，则可以增加检测光斑尺寸，并且反过来降低了每个探测器元件的撞击光功率。

35、为了调节检测光斑(或瞳图像)的尺寸，可以调节成像镜头使其将检测光聚焦在传感器阵列附近。例如，可以移动成像镜头以相对于传感器阵列移动焦平面。传感器阵列离焦点越远，检测光斑变得越大。根据成像镜头的设计，成像镜头也可以通过变形或以其他方式调节，而不是移动，例如，在自适应液体透镜的情况下。

36、与共聚焦成像模式相反，在psf过采样模式中，将光学元件调整以将样本点成像至传感器阵列，以记录psf上的空间信息。因此，从共聚焦检测模式到psf过采样模式的改变可能意味着从瞳成像到传感器阵列上的样本平面成像的变化。通过将伯特兰透镜插入/移动进/出检测光的光束路径中来影响这种变化，例如通过移动伯特兰透镜或将检测光重定向到伯特兰透镜。或者，用于设置相位分布或slm(空间光线调制器)的相位掩模可以布置在照射或检测光瞳平面中。特别地，slm可以由可调节的微透镜，衍射光学元件，诸如数字微镜设备的可调节反射镜的阵列形成，或可控液晶阵列。slm可以类似地调整光斑尺寸和/或强度分布。

37、此外，可以根据所选择的成像模式调节或插入照射光束路径中的光学元件。例如，在psf过采样模式或共聚焦成像模式中，照射光应聚焦到样本点上，而宽场成像模式需要较大的样本区域被照射，并且线扫描模式可能需要引入圆柱形透镜。

38、用于flim的调整

39、本发明的显微镜也非常适合于flim(荧光寿命成像显微镜)。spad提供了一个有利于flim测量的高分辨率。为了确定荧光寿命，用重复的光脉冲刺激荧光团。在每个脉冲之后，确定直到光子到达传感器阵列的时间跨度。由此产生光子到达时间的直方图，从中产生荧光寿命。使用高强度脉冲来测量更多数量的光子并降低所需的测量时间将是有益的。然而，随着强度的增加，第二个光子可能会达到一spad在同一spad已经注册第一个光子不久后。第一光子的检测需要一个空置时间，在该时间内spad不能注意到第二光子。因此，光子到达时间的直方图将倾向于或偏向于更短的时间，这就是所谓的堆积效应。通过使强度分布均匀化并增加传感器阵列上的光斑直径，可以用本发明的显微镜避免该缺点。这些措施降低了第二光子在其空置时间内撞击spad的概率。控制设备可以被配置为提供flim作为其他的成像模式，其中随着检测光强度的增加，检测光斑尺寸增加并且可选地实现瞳成像以使强度分布均匀化。可以将超像素连接到时间-数字转换器以在每个激光周期检测多个光子。

40、其他的实施例

41、控制设备可以被配置为提示用户输入成像参数，特别是所需的分辨率，帧率和/或snr。然后，根据用户的输入，控制设备调整传感器阵列的合并读出和激活区域，以及如上所述的可选的光学元件。特别地，可以将合并读出和激活区域设置为，根据所需的帧速率限制结果数据速率。由于来自控制设备的用于传输数据的带宽已知，所需的帧速率可以转换为从控制设备输出的数据速率的上限。合并读出和激活区域会影响结果数据的量，因此可以调整以符合数据速率的要求。

42、通过自适应合并读出，进一步的优点在于平衡空间分辨率和采集速度。为了从图像扫描显微镜实现的增加的分辨率中受益，需要恒定的snr。如果信号强度(例如，传感器阵列上的强度)太低，则采集速率通常必须降低以增加snr。然而，自适应像素合并读出允许降低分辨率，以支持所需的采集速度。信号强度可以是，例如，光子计数率，且可以源于先前的测量(在样本的扫描期间)或参考测量。

43、控制设备还可以被配置为通过调整合并读出来保持输出数据速率恒定(即，完全恒定或恒定在预定义限制内，例如10％或20％)，特别是当传感器阵列的激活区域改变时。例如，物镜的变化可能导致传感器阵列上的检测光斑的尺寸的变化，因此可以使激活区域适应新的光斑尺寸，并且反过来使合并读出适应新的激活区域尺寸，特别是保持数据速率恒定。超像素的数量可以保持恒定但是可以使用不同的合并读出模式。用于超像素的多位计数器的比特数可以变化，但是也有可能是超像素数量的变化，以确保恒定的数据速率。

44、随着光线强度的增加，光子在其空置期间撞击检测器元件的概率增加，并因此保持不被注意。因此，检测器元件的测量结果在非常高的强度下产生负面影响。为了应对该问题，可以调整检测器元件的灵敏度，例如，通过调整其高于击穿电压的过电压。撞击传感器阵列的光斑通常不是均匀的光分布。特别是在psf过采样模式中，撞击光斑可以在其中心具有最大强度和朝向其外部区域的强度降低。因此，中央检测器元件的灵敏度可以设置为与外检测器元件的灵敏度不同的水平。特别地，可以在相同超像素的光子计数检测器元件之间设置不同的敏感性。可以根据传感器阵列上的所需强度分布，例如，基于关于psf的假设或基于参考测量来设置敏感度。

45、从检测器元件到控制设备的不同长度的信号线可以导致不同超像素的输出数据流之间的定时延迟。控制设备可以被配置为调整或补偿这些定时延迟。校准矩阵可以保存在控制设备的存储器中并用于这种效果。

46、控制设备可以包括多个物理输出线，其中每个输出线与各个超像素相关联。然后，输出线的数量可以对应于可以同时使用的最大超像素数。作为示例，输出线的数量可以在检测器元件数量的10％和40％之间。

47、可以在光子计数检测器阵列上同时测量两个或更多个光斑。不同的psf可以适用于不同的光斑，因此光斑可以在传感器阵列上具有不同的尺寸。可以将用于较大光斑的超像素比较小光斑的超像素设置为包括更多的检测器元件。

48、可以提供一个扫描仪且配置成用照射光扫描样本和/或将检测光引向传感器阵列。例如，在扫描期间可以调节根据从特定样本区域发射的光线量合并读出。在扫描期间获取的信息可用于在扫描继续时调整合并读出。在这种在线适应中，也可以调节其他参数，例如，spad的敏感度或照射光强度。

49、特别地，所描述的光学显微镜可以形成为(激光)扫描显微镜。可选地或另外地，它可以配置为宽场显微镜。所描述的传感器阵列和控制单元在许多应用中产生所描述的优点，其中任何物体被照射，并且测量来自物体的检测光。本发明还可以应用于其他传感器设备，其不一定需要显微镜，例如在材料分析，相机或监控系统，天文学或生产监督方面。

50、光学显微镜可以通过包括样本架和物镜来定义，特别是将图像距离设定为无限远的无限远物镜。它还可以包括具有管透镜的管，该管透镜布置在物镜后面的光束路径中，即物镜和检测器阵列之间，用于将光线从物镜聚焦到(中间)图像平面中。与其他光学系统相反，光学显微镜产生至少一个中间图像平面。它可以进一步包括光源可以连接的照射端口，例如一个或多个激光器。从样本发射的检测光可以是任何种类的，例如荧光或磷光光，通过其他机制散射或受样本影响的照射光，或者以至少部分地由照射光引起的其他原因从样本发射的光线。通常，由于与照射无关的影响，也可以发射样本光。

51、光学显微镜可以包括布置成引导或聚焦到样本上的照射光的物镜。特别的，物镜可以布置成接收从样本发射的检测光并引导该检测光朝向传感器阵列。通常，可以使用不同的照射和检测物镜。光学显微镜还可以包括布置在物镜和照射源之间的扫描仪。控制设备控制扫描仪执行在照射光在样本上扫描下的样本的扫描。可选地，扫描仪还可以将来自物镜的检测光引导到光子计数检测器阵列(去扫描设置)。扫描仪可以被理解为配置成可调节偏转光束的设备。它可以包括一个或多个可移动的光学元件，例如，反射镜，透镜或棱镜。或者，也可以基于声光效应可调节地偏转照射光。

52、psf可以理解为定义光学显微镜或光学系统如何引导照射光和检测光。特别地，psf可以被视为由照射psf和检测psf组成，其中照射psf定义光源的点如何将被成像在样本平面中，且检测psf定义了样本平面的点如何在传感器阵列的平面上成像。如在此使用的，检测器阵列上的检测光斑尺寸也可以称为图像扫描技术或共聚焦成像中的psf尺寸。

53、为简洁起见，用于的光子计数检测器元件也称为“检测器元件”，尤其是spad(单光子雪崩二极管)，特别地在所谓的盖革模式中操作。在盖革模式中，将电压vop施加在spad的二极管处，其通过过量的偏置电压超过二极管的击穿电压。因此，光子吸收可能导致电荷雪崩，从而导致可数事件。传感器阵列可以相应地称为spad阵列。

54、控制设备可以包括诸如fpga或可以形成为单个单元或作为分布式系统的处理单元的电子元件。控制设备的功能可以实现为软件和/或硬件。特别地，控制设备或其部件可以被布置为传感器阵列旁边的片上单元。还可以通过与光学显微镜的其他组件通过网络通信的服务器或计算机应用程序提供控制设备的部件。

55、在扫描模式中，样本点可以被定义为样本的被照射的部分，检测器元件在像素停留时间期间对其进行光子计数。在像素停留时间失效后，扫描仪照射样本的另一部分，该部分被定义为下一个样本点。

56、为了更容易理解，在本公开中经常使用表达“光斑”，以指样本或传感器阵列上的光分布。更一般地，“光斑”可以被理解为任何光分布，例如环形模式，一条或多条线或多个斑点或环。

57、本发明的检测器可用于本文所述的光学显微镜。或者，检测器可以是其他光学测量装置的一个部件，例如，用于距离测量，质量控制，监控，在便携式/手持设备中，在医疗设备或作为车辆传感器中。可选地，检测器可以与本文所述的光学元件以及用于照射对象的光源组合使用，且检测器可以被布置成测量来自该对象的光。本发明的光学显微镜的不同实施方案的预期用途导致本发明方法的变体。类似地，本发明的光学显微镜可以配置成执行本发明的描述的示例性方法。特别地，控制设备可以被配置为控制光学显微镜的传感器阵列或其他组件以执行本文所述的方法步骤。